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Titelaufnahme

Titel
Bacterial cellulose: not just a lightweight food, but also a fascinating scaffolding material : preparation and characterization of unaltered and mechanically reinforced bacterial cellulose aerogels / eingereicht durch Nikita Aigner
VerfasserAigner, Nikita
Betreuer / BetreuerinRosenau, Thomas
Erschienen2011
Umfang69 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Biomaterialien, Bakteriencellulose, Aerogel, mechanische Eigenschaften, Porosität, Verstärkung
Schlagwörter (EN)biomaterials, bacterial cellulose, aerogel, mechanical properties, porosity, reinforcement
Schlagwörter (GND)Aerogel / Cellulose / Mechanische Eigenschaft
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-1475 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Bacterial cellulose: not just a lightweight food, but also a fascinating scaffolding material [3.13 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die Arbeit beschreibt Untersuchungen zur Darstellung und chemophysikalischen Charakterisierung von Aerogelen aus unbehandelter und mechanisch verstärkter Bakteriencellulose. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit fasst die Entwicklung, Eigenschaften und Anwendungen von Aerogelen zusammen und schlägt eine Definition des Begriffes vor. Zuerst werden anorganische Silizium-basierte Aerogele diskutiert, danach jene aus synthetischen Polymeren und aus pyrolytisch erhaltenem Kohlenstoff. Schließlich wird die neue Gruppe der cellulosischen Aerogele vorgestellt. Als Grundlage für die durchgeführten praktischen Arbeiten werden auch Eigenschaften und Anwendungen von Bakteriencellulose und die Technik des Trocknens mit überkritischem CO2 beschrieben. Der zweite Teil konzentriert sich auf den praktischen Aspekt dieser Arbeit. Aus reiner Bakteriencellulose wurden Aerogele durch Trocknung mit überkritischem CO2 hergestellt und unterschiedlichen Analysen unterzogen. Einachsige Druckversuche zeigten, dass das Material transvers isotrop war, was durch mikroskopische Deformationen in gefrorenen wassergetränkten Bakteriencelluloseproben unterstützt wurde. Weitere Strukturuntersuchungen mittels REM deckten Diskontinuitäten auf, deren Ursprung noch ungeklärt ist, und das Vorhandensein großer Hohlräume (mit Durchmessern von einigen Dutzend bis einigen Hundert m). Nach Untersuchungen an unbehandelter Bakteriencellulose wurde das Material mit unterschiedlichen Substanzen modifiziert, um interpenetrierende Netzwerke als Verstärkung gegen mechanische Belastungen zu schaffen. Vorversuche mit Tetraethylorthosilicat, Wasserglas, Dilaktid und 2-Methoxyhydrochinon deuteten auf die bessere Eignung von Kohlenstoff-basierten Substanzen hin. Weitere Versuche wurden mit Terephthalsäure und Celluloseacetat durchgeführt. Lediglich Celluloseacetat führte zur Ausbildung des erwarteten interpenetrierenden Netzwerkes und tatsächlich zu einer Verstärkung. Porositätsmessungen wurden an einigen Proben durchgeführt und deuteten auf eine sehr breite Porengrößenverteilung hin, die über mehrere Zehnerpotenzen vom nm zum m Bereich reichte. Es gibt derzeit allerdings keine Methode, die in der Lage ist, die gesamte Porengrößenverteilung zu erfassen.

Zusammenfassung (Englisch)

The thesis covers studies on preparation and chemo-physical characterization of unaltered or mechanically reinforced bacterial cellulose aerogels. The first part of the work summarizes development, properties and applications of aerogels and proposes a definition. The three main aerogel classes - based on silica, synthetic polymers and pyrolytically generated carbon - are briefly described. Finally, the comparatively new class of cellulosic aerogels is introduced. As background for the practical work, also properties and applications of bacterial cellulose and the technique of supercritical CO2 drying are described. The second part concentrates on the practical work. Neat bacterial cellulose aerogels were prepared by repeated solvent exchange and drying with supercritical CO2 and were subject to different analyses. Uniaxial compressive tests showed that the material was transversely isotropic, which was supported by microscale deformations occurring in frozen water-soaked bacterial cellulose samples. Further structural investigations by SEM revealed discontinuities, the origin of which is not yet clarified, and the presence of large voids (tens to hundreds m in diameter). Following the investigations on neat bacterial cellulose aerogels, the material was modified in order to create interpenetrating networks as a reinforcement against mechanical loading. Preliminary tests with tetraethyl orthosilicate, soluble glass, dilactide and 2-methoxyhydroquinone indicated the better suitability of carbon-based compounds. Further tests were carried out with terephthalic acid and cellulose acetate. Only cellulose acetate yielded the expected interpenetrating network and effectively reinforced the material. Porosity measurements were carried out on some samples indicating an extremely broad pore size distribution ranging over several magnitudes from the nm-scale to the m-scale. However, currently no technique is capable to capture the full width of the pore size distribution.